书城科普日新月异的信息科学(科普知识大博览)
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第4章 信息的基本概念(3)

由于不同的观察者有着不同的观察能力、不同的理解能力和不同的目的性,也就是说,各个观察者的先验信息量不相同,因此,从同一个事物所获得的信息量(实得的语法、语义和语用等信息量)当然也各不相同。信息的这个性质告诉人们,实得信息量是因人而异的。

性质4传递性:信息可以在时空中从一点传递到另一点。

由于信息具有脱离母体而相对独立的能力,因而就可以通过一定的方法使之在时间上或者在空间上进行传递。在时间上的传递称为存储;在空间中的传递称为通信。其实,存储也是一种通信:现在与未来的"通信"或过去与现在的"通信"。当然,信息在空间中的传递必然也伴有时间上的传递,因为它在空间中传递的速度是有限值。信息可以在时间上和在空间中传递,这是一个十分有用的性质,它使人类的知识能够积累和传播,使人与人之间能够进行信息的交流,使人与环境之间能够保持信息的联系,从而能够更好地认识环境和改造环境。

性质5变换性:信息是可变换的。它可以由不同的载体用不同的方法来载荷。

既然信息是事物运动的状态和状态变化的方式,而不是事物本身,它就可以负载在其他一切可能的物质载体上。例如,投掷硬币这一试验的结果是一种信息,可以用数字0和1来表示,可以用电流极性的"正"和"负"来表示,也可以用机械位置的"高"和"低"来表示,甚至以表情上的"哭"与"笑"来表示,等等。实际上,只要能够保持"运动的状态及其变化的方式"的不变性,那么,它就不仅可以在各种物质和能量形式之间进行变换,而且可以经受一切不会破坏"信息不变性"的数学变换。信息的这一性质很有用,它使人们对信息施行的各种各样的处理和加工成为可能。

性质6有序性:信息可以用来消除系统的不定性,增加系统的有序性。

本体论层次的信息是事物运动的状态和状态变化方式的自我表述,认识论层次的信息是认识主体所感知和表述的事物运动的状态和状态变化方式。获得信息就可以消除认识主体对于事物运动状态和状态变化方式的不定性。后面还会看到,概率语法信息量就是负熵,它是混乱程度的对立面。一个系统要想从无序状态转变为有序状态,就要从外界获得信息(负熵)。这是系统自组织理论导出的基本结论。

性质7动态性:信息具有动态性质。一切活的信息都随时间而变化。因此,信息也是有时效、有"寿命"的。

信息是事物运动的状态和状态变化的方式,事物本身在不断发展变化,因此,信息也会随之变化。脱离了母体的信息因为不再能够反映母体的新的运动状态和状态变化方式,它的效用就会逐渐降低,以致完全失去效用。这就是信息的时效性。信息脱离母体的时间长短并不能完全反映信息的寿命,衡量信息的寿命必须同时考虑母体随时间而变化的速度。一旦信息已经不能反映母体实际的运动状态和方式,这个信息的寿命就到了尽头。这时,它至多只能作为母体运动状态和方式的一种历史记录。所以,人们获得信息之后不能就此满足,更不能一劳永逸。信息要及时发挥效用,知识要不断补充更新。

性质8转化性:从潜在的意义上讲,信息可以转化。在一定的条件下。可以转化为物质、能量、时间及其他。

信息可以转化,当然需要条件,其中最主要的条件就是必须被人们有效地利用。没有这个条件,信息是不可能发生转化的。同样,"知识就是力量"也需要条件。显然,正确而有效地利用信息,就可能在同样的条件下创造更多的物质财富,开发或节约更多的能量,节省更多的时间。

.信息的功能信息具有许多功能。它是一切生物进化的导向资源。生物生存于环境之中,而环境经常发生变化,如果生物不能得到这些变化的信息,生物就不能及时采取必要的措施来适应环境的变化,就可能被变化了的环境所淘汰。信息是知识的来源。信息又是决策的依据,因为信息可以被提炼成为知识,而知识与决策目标结合在一起才可能形成合理的策略。信息是控制的灵魂,因为控制是依据策略信息来干预和调节被控对象的运动状态和状态变化的方式;没有策略信息,控制系统便会不知所措。信息是思维的材料,因为思维的材料只能是"事物运动的状态及其变化方式",而不可能是事物的本身。信息是管理的基础,也是一切系统实现自组织的保证,这些都是不言自明的道理。

在所有这些功能之中,最重要的功能是:信息可以通过一定的算法被加工成知识,并针对给定的目标被激活成为求解问题的智能策略,进而按照策略求解实际的问题。这是信息的最核心最本质的功能。信息—知识—智能(策略),这是人类智慧的生长链,或称为智慧链。

人类认识世界和优化世界的一切活动都是在这个智慧链的支配下展开的。因此,只要能够充分地发挥信息的这一项功能,人类就可以从信息科学技术的研究成果中受益无穷。虽然人类在漫长的进化过程中一直都没有离开信息,但是,只有到了信息时代的今天,人类对信息资源的认识、开发和利用才可以达到高度发展的水平。

总之,信息与物质和能量一起,构成人类可以利用的三类基本的战略资源:物质资源可以被加工成材料,为一切工具提供"实体";能量资源可以被加工成动力,为各种工具提供"活力";信息资源则可以被加工成知识和智能策略,为各种工具注入"智慧和灵魂"。物质、能量、信息,这是人类可以利用的战略资源的三位一体;实体、活力、智慧,则是一切智能工具要素的三位一体。

信息的分类分类学本身是一个复杂的问题,存在许多不同的分类准则。运用不同的分类准则,将导致不同的分类结果。读者肯定可以在不同的著作中看到关于信息的许多不同的分类,由于篇幅的原因这里不拟列举。这里需要指出的是,对于信息的分类而言,在所有的分类原则之中,最基本因而也是最重要的应当是按照信息自身性质而形成的分类。

如上所说,按照性质的不同,信息可以划分为语法信息、语义信息以及语用信息3种基本情形,这是全信息的3个基本层次。其中,最基本也是最抽象的层次是语法信息。它是迄今为止在理论上研究得最多也是最深入的层次。因此,还可以进一步来考虑语法信息的分类。

按照基本定义,语法信息是事物运动的状态及其变化方式的外在形式。根据事物运动的状态在形式上的不同,语法信息可以做如下分类:首先,按照事物运动状态数的有限或无限,可以分为有限信息和无限信息;其次,按照事物运动状态的连续性或离散性,可以分为连续信息与离散信息;再者,按照事物运动状态的明晰性或模糊性,又可以分为明晰信息与模糊信息。

另一方面,按照事物运动状态变化的方式,语法信息又可以分为随机信息、半随机信息和确定信息。所谓"随机信息",就是各状态完全按照统计规则或概率规律出现,因此这类信息又叫做概率型语法信息或者统计型语法信息。所谓"半随机信息",是指各个状态的出现不可预测,但是由于这类试验往往只进行一次或若干次,不能大量重复,因此不能用概率统计的规则来描述,这类试验所提供的信息,也称为偶发型语法信息。所谓"确定信息",是指各种状态按照确定性的规则出现,能够用经典数学公式来描述,这种变化方式的未知因素通常表现为初始条件和环境影响(约束条件)。

这样,根据事物运动的状态和状态变化方式的不同,就可以得到如图2所示的语法信息的分类树。图中列出了4种不同的分类方式,它们可以任意地相互交叉和并列,从而得到24种不同的语法信息形式。例如,若事物的运动状态是离散的、有限的、明晰的,其状态变化方式是随机的,则可以称之为离散有限明晰随机信息。这24种不同的语法信息形式在理论上都是有意义的。不过,在实际的研究工作和工程实践中,由于连续信息通常都可以(通过采样和量化等方法)实现离散化,因此只需要研究离散信息。另外,状态无限的情形往往理论上可以通过求极限的方法(工程上可以通过平滑滤波等方法)由状态有限的情形来逼近,于是,只需要研究状态有限的情形。最基本的语法信息只有4种,即离散有限明晰状态的概率型语法信息、离散有限明晰状态的偶发型语法信息、离散有限明晰状态的确定型语法信息、离散有限模糊状态的确定型语法信息。为了简便,通常分别把它们简称为概率信息、偶发信息、确定信息和模糊信息。

图2语法信息的分类最后,有必要说明信息与信号的联系与区别。

信息不同于信号。在各种实际的信息系统中,往往为了克服时间或空间的限制,必须对信息进行加工处理,把信息变换成适合信道传输的物理量,这种物理量称为信号(如电信号、光信号、声信号、生物信号等)。信号携带着信息,它是信息的载体。例如,发电报中,"母病愈"这种用中文表述的关于母亲身体健康状况的信息,通过电报系统传送到另一地的收信者。由于这个电报系统的传递信道是无线电电波信道,所以中文信息不能直接在信道中传输。一般,需先将中文(如"母病愈")变换成四位码,然后变换成由点、划和空隔3种符号组成的莫尔斯码,再转换成脉冲电信号,然后经过调制变成高频调制电信号,才能在信道中传输。此时,脉冲电信号或高频调制电信号都载荷着中文信息,表述了母亲身体健康的一种状态。在通信系统的接收端,通过解调,反变换,若无干扰就可恢复成原文信息——"母病愈"。可见,信号携带信息,但信号本身不等于信息。同样,同一信息可用不同的信号来表示。同一信号也可表示不同的信息。例如,红、绿灯信号。若在十字路口,红绿灯信号表示能否通行的信息。若在电子仪器面板上,红绿灯信号则表示仪器是否正常工作或者表示电压高低等信息。所以,信息和信号是既有区别又有联系的两个不同的概念。